汪 佩 李向陽(yáng)

(河南省正龍煤業(yè)有限公司城郊煤礦)

氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)在地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)中的應(yīng)用

汪 佩 李向陽(yáng)

(河南省正龍煤業(yè)有限公司城郊煤礦)

通過(guò)使用氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)對(duì)城郊煤礦DWF45斷層進(jìn)行探測(cè)分析，結(jié)果表明：鉆孔偏斜度較低，探測(cè)精度較高，能夠?yàn)?1402切眼的安全施工及工作面安全回采提供可靠的地質(zhì)依據(jù)；此外，大大提高了工效，有助于解決地質(zhì)防治水零星工程施工設(shè)備搬運(yùn)難題，該型鉆機(jī)具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

氣動(dòng)架柱式鉆機(jī) 斷層 地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)

在煤礦地質(zhì)防治水工程施工中，鉆探設(shè)備的選擇對(duì)于鉆探工程的質(zhì)量、施工安全和效率至關(guān)重要。隨著井下生產(chǎn)條件的日趨復(fù)雜，底板鼓起、頂板下沉、局部瓦斯積聚等不利因素對(duì)電器的安全要求越來(lái)較高，采用電力為動(dòng)力的液壓坑道鉆機(jī)無(wú)法滿足特殊條件下的鉆探工作[1-3]。目前永煤集團(tuán)所屬礦井近乎全部采用ZDY系列鉆機(jī)，該系列鉆機(jī)雖有諸多優(yōu)點(diǎn)，但組件多且笨重、搬運(yùn)困難、投入工時(shí)較多、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，搬運(yùn)及運(yùn)輸過(guò)程中潛在安全隱患較多。因此，有必要引進(jìn)一種輕便型且安全的鉆探設(shè)備，達(dá)到既滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需要，又提高工效的目的。

1 應(yīng)用背景

城郊煤礦位于河南省永城市境內(nèi)，為河南能源集團(tuán)永煤公司主力礦井，2003年投產(chǎn)，2009年核定生產(chǎn)能力為5.0 Mt/a，主采二疊系山西組二2煤層，采用立井兩水平上下山開(kāi)拓方式，屬瓦斯礦井，水文地質(zhì)條件中等。該礦井下日常探斷層、探煤等地質(zhì)防治水超前探施工較多，相較于工作面底板改造工程，該類零星的地質(zhì)防治水單項(xiàng)工程特點(diǎn)有：①施工地點(diǎn)多發(fā)生在掘進(jìn)工作面迎頭位置，現(xiàn)場(chǎng)施工條件較差；②施工工期緊迫；③設(shè)計(jì)工程量少，部分工程僅需要施工1～2個(gè)鉆孔，多者3～5個(gè)鉆孔，單孔深度多在100 m以內(nèi)。

2 氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)

ZQJC-420/10.0型煤礦用氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)主要由旋轉(zhuǎn)部、推進(jìn)部、機(jī)架、機(jī)頭、立柱、分壓器、鉆具等組成。該型鉆機(jī)以壓氣為動(dòng)力，要求供氣量大于6 m2/min，供氣壓力為0.4～0.6 MPa，壓氣經(jīng)分零器分為3路壓氣，即旋轉(zhuǎn)氣路、進(jìn)給氣路、排渣氣路(采用壓氣排渣，也可采用水排渣)，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，相關(guān)性能參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)結(jié)構(gòu)

3 DWF45斷層超前探測(cè)

3.1 工作面及斷層概況

21402工作面位于城郊井田西北翼十四采區(qū)，回采煤層為山西組二2煤，煤層傾角平均為2°，厚2.9～2.4 m，平均厚2.7 m。老頂為灰白色中粒砂巖，平均厚9 m，抗壓強(qiáng)度為50 MPa，屬較穩(wěn)定頂板；直接頂為灰黑色砂質(zhì)泥巖，平均厚1.1 m，抗壓強(qiáng)度為30 MPa，屬不穩(wěn)定頂板；直接底為灰黑色泥巖，平均厚1.3 m，抗壓強(qiáng)度約30 MPa，屬不穩(wěn)定底板；老底為深灰色粉砂巖，平均厚7 m，抗壓強(qiáng)度為50 MPa，屬較穩(wěn)定底板。該工作面初步設(shè)計(jì)切眼距離DWF45斷層(落差0～25 m)約30 m，經(jīng)前期在21402膠帶順槽通尺2 290 m處對(duì)該斷層初步探測(cè)結(jié)果分析，該斷層不具有導(dǎo)水性。為了查清該斷層的走向擺動(dòng)情況，為切眼準(zhǔn)確位置設(shè)計(jì)提供可靠的地質(zhì)依據(jù)，有必要在21402膠帶順槽通尺 2 357 m處對(duì)該斷層的位置再次進(jìn)行超前探測(cè)。

3.2 鉆孔布設(shè)及技術(shù)參數(shù)

根據(jù)三維地震解釋的斷層位置及特點(diǎn)，結(jié)合前期探測(cè)情況，施工2個(gè)超前探查孔以準(zhǔn)確控制斷層的位置及延展方向，鉆孔參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 ZQJC-420/10.0型煤礦用氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)性能參數(shù)

表2 DWF45斷層鉆孔參數(shù)

3.3 鉆探結(jié)果分析

通過(guò)使用氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)對(duì)DWF45斷層進(jìn)行探測(cè)，上述2個(gè)鉆孔均順利揭露斷層面，其中，探1#孔26 m深揭露斷層面巖石，探2#孔51.5 m深揭露斷層面巖石。通過(guò)采用鉆孔的測(cè)斜儀對(duì)2個(gè)鉆孔的偏斜情況進(jìn)行檢驗(yàn)，鉆孔方位和傾角偏斜度均小于1°，斷層走向與預(yù)測(cè)結(jié)果基本一致，走向約64°，但斷層面較預(yù)測(cè)位置向切眼方向擺動(dòng)約4 m，斷層與切眼垂距最小為21 m。

城郊煤礦超前探常用鉆機(jī)主要為ZDY3200S和ZDY1900S型液壓鉆機(jī)，分別從設(shè)備搬運(yùn)、安裝、施工、回撤等4個(gè)方面與ZQJC-420/10.0氣動(dòng)型架柱式鉆機(jī)進(jìn)行施工工時(shí)對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知，使用ZQJC-420/10.0氣動(dòng)型架柱式鉆機(jī)對(duì)DWF45斷層進(jìn)行探查，較之使用ZDY3200S和ZDY1900S型液壓鉆機(jī)分別減少了120和68個(gè)工時(shí)，鉆探效率明顯提高。

表3 三類鉆機(jī)工時(shí)對(duì)比

4 結(jié) 語(yǔ)

ZQJ-300/6氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)對(duì)高瓦斯區(qū)、高應(yīng)力區(qū)、突出危險(xiǎn)區(qū)適應(yīng)能力強(qiáng)，為此，采用該型鉆機(jī)對(duì)城郊煤礦DWF45斷層進(jìn)行控制，結(jié)果表明：鉆孔偏斜度低，探測(cè)精度較高，相對(duì)于ZDY3200S和ZDY1900S型液壓鉆機(jī)而言，工時(shí)消耗大大減少。

[1] 鮑 偉，宋立新，王洪立，等.礦用安全氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)的研制及應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械，2014(12)：78-79.

[2] 晁魯強(qiáng)，陳國(guó)杰.煤礦用氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械，2012(8)：8-9.

[3] 楊 樣.基于機(jī)器學(xué)習(xí)的煤礦用氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)的壽命預(yù)測(cè)研究[J].煤礦機(jī)械，2012(10)：42-44.

2015-07-20)

汪 佩(1980—)，男，助理工程師，476600 河南省永城市。